27 реле пониженного напряжения;
24 защита от перевозбуждения генера-тора;
21 дистанционная защита;
Рис. 2. Состав комплектного микро-процессорного устройства защиты генератора типа М-3430 (Beckwith Electric Co.):
Что же касается модулей МУРЗ со входными трансформаторами тока и напряжения, модулей цифровых входов, модуля с выходными реле, то они, как это показано в [4] не охвачены самодиагностикой. Кроме того, как показано в [4], поскольку система самодиагностики построена на микропроцессорах и элементах памяти, то она сама является источником повреждений МУРЗ. В действительности, самодиагностика не является преимуществом МУРЗ перед электромеханическими реле, а является всего лишь частичной компенсацией очень серьезного недостатка МУРЗ: концентрацией многих защитных функций в одном единственном модуле. Например, единственное МУРЗ типа М-3430, рис. 2, обеспечивает полную защиту генератора электростанции от всех возможных аварийных режимов, совмещая функции 14 отдельных реле защиты. Можно себе только представить, что произойдет, если в аварийном режиме откажет какой-нибудь общий для всех этих реле узел из-за повреждения какой-то копеечной детали: генератор попросту окажется ВООБЩЕ БЕЗ ВСЯКОЙ ЗАЩИТЫ! Без самодиагностики такое устройство нельзя было бы и на пушечный выстрел подпускать к защите электроэнергетических объектов. Так что самодиагностика это вынужденная мера, а вовсе не красивое приложение, поэтому рекламировать ее как некое выдающееся достижение в релейной защите, совершенно не оправдано.
В своей статье [4] мы уже подробно рассматривали проблемы с надежностью каждого из основных функциональных узлов МУРЗ и показали на конкретных примерах, что так называемая «самодиагностика», которой охвачены якобы 80% узлов МУРЗ, является, по большому счету, рекламным трюком и распространенным мифом. Да, действительно, самодиагностика МУРЗ может выявить некоторые внутренние повреждения, например, такие как выход из строя внутреннего источника питания или микропроцессора. Но как можно всерьез говорить об этом как о великом «преимуществе» МУРЗ перед электромеханическими реле, если в последних вообще не было никаких внутренних источников питания и никаких микропроцессоров, то есть просто нечего было «самодиагностировать»?!
Несмотря на отмеченные проблемы, тенденции развития релейной защиты таковы, что широкое и всё возрастающее применение микропроцессорных реле защиты неизбежно. При этом расширение распространения МУРЗ связано не только с необходимостью замены выработавших свои нормативные сроки электромеханических реле, но и с вводом в строй новых энергетических объектов, то последние 10 15 лет во всем мире идет процесс постепенного перехода на устройства релейной защиты нового поколения, выполненные на базе микропроцессоров. Для «проталкивания» на рынок МУРЗ производители этих устройств, а также их многочисленные торговые представители проводят весьма активную рекламную компанию, всячески восхваляя МУРЗ и принижая достоинства реле других типов. Основным тезисом этих рекламных компаний является утверждение о том, что МУРЗ обеспечивают очень высокую надежность релейной защиты в отличие от старых и сильно изношенных электромеханических реле, доживающих свой век. Вместе с тем, совершенно очевидно, что МУРЗ представляют собой сложные технические комплексы, состоящие из многих тысяч компонентов. Точно так, как и любые другие сложные электронные системы, они не могут не иметь недостатков и не могут обладать абсолютной надежностью, особенно если учесть совсем не «тепличные» условия работы МУРЗ в электрических сетях. Но, если это так, то, наверное, в технической литературе должно было быть достаточно много статей, рассматривающих технические проблемы микропроцессорных реле. Уважаемый читатель, а много ли статей, рассматривающих проблемы МУРЗ, ты читал? Весьма показательным является тот факт, что подавляющее большинство статей в технических журналах, посвященных МУРЗ, написано представителями компаний производителей МУРЗ. Совершенно естественно, что эти публикации представляют собой откровенную или завуалированную рекламу, а вовсе не серьезный анализ проблем с надежностью или других вполне реальных проблем, имеющихся у МУРЗ. Более того, поскольку эти же компании являются богатыми рекламодателями, щедро оплачивающими весьма значительные площади журнальных страниц, журналы крайне неохотно принимают к публикации статьи, посвященные критике продукции их рекламодателей, причем иногда даже не стесняясь откровенно заявлять об этом. Сложившаяся ситуация выглядит как некое табу, наложенное на обсуждение этой темы. А если одиночному автору и удается случайно прорваться через этот «железный занавес» [1-4], то на него обрушивается шквал весьма резкой критики, включающей личные выпады и даже обвинения в попытке затормозить технический прогресс в России (как это было после одной из наших публикаций).
Непосредственно с вопросами надежности МУРЗ и их стоимости связан также вопрос о старении и сроке эксплуатации устройств защиты. Для МУРЗ (как и для электромеханических реле) установлен нормативный срок эксплуатации 25 лет [8]. Фактически же, многие электромеханические реле находятся в эксплуатации по 30 и даже 40 лет, в то время как компьютерная техника стареет намного быстрее. Речь идет и о физическом старении электронных компонентов, особенно таких, как электролитические конденсаторы (срок службы которых не превышает 10 12 лет), и о старении программного обеспечения. Это означает, что потребители МУРЗ обязаны будут тратить огромные суммы на обновление МУРЗ гораздо чаще, чем они делали это при использовании электромеханических защит.
Еще одна статья доходов производителей МУРЗ обеспечивается за счет попытки переложить на плечи потребителей технические проблемы МУРЗ, заставив их приобретать дополнительные блоки и модули, направленные на повышение надежности работы МУРЗ. В качестве примера можно привести дополнительные модули питания, рекомендуемые НТЦ «Механотроника» для обеспечения работоспособности МУРЗ при перерывах оперативного питания в течение 0.5 с. Но ведь такое требование предъявляется [8] непосредственно к самому МУРЗ, а не к дополнительным блокам и модулям питания, предлагаемым НТЦ «Механотроника». В п. 4.5.8 [8] совершенно однозначно записано: «Устройства МП РЗА должны сохранять заданные функции без изменения параметров и характеристик срабатывания при перерывах питания длительностью до 0.5 с». Так почему бы производителю не ввести дополнительный конденсатор большой емкости во внутренний источник питания МУРЗ для поддержания его работоспособности в течение 0.5с при перерывах оперативного питания (тем более, что собственное потребление современных МУРЗ весьма незначительное)? Вопрос, конечно, чисто риторический, ведь совершенно очевидно, что намного выгоднее заставить потребителя раскошелиться на приобретение дополнительного модуля питания, как это рекомендует один из менеджеров НТЦ «Механотроника» в своей статье [9].
Ситуация в странах бывшего СССР отличается особой сложностью. Нормированные сроки эксплуатации электромеханических реле там уже давно исчерпаны, многие из них находятся в весьма плачевном состоянии и эксплуатационному персоналу приходится предпринимать героические усилия для поддержания работоспособности релейной защиты. В такой ситуации переход на МУРЗ это единственный вариант, у которого просто нет альтернативы из-за диктата производителей (см. выше). Сегодня на мировом рынке просто не существует электромеханических реле защиты, разработанных с использованием современных материалов и технологий, а все ведущие мировые производители реле защиты полностью перешли на производство исключительно МУРЗ. Вместе с тем, прогресс в области новых материалов и новых компонентов позволяет построить реле защиты на совершенно новых принципах, к которым можно отнести, например, гибридные реле [6]. К сожалению, сегодня производителей МУРЗ, увлеченных все большим функциональным усложнением своих изделий, позволяющим не вкладывая значительных средств, увеличивать стоимость МУРЗ (или на протяжении многих лет не снижать их стоимость), уже практически не возможно заинтересовать какими-то альтернативными видами реле, не способными конкурировать в части прибыльности с МУРЗ. Причем, прибыльность производителя МУРЗ обусловлена не только большой разницей между себестоимостью и продажной ценой МУРЗ, но также и использованием технологии производства (поверхностный монтаж суперминиатюрных элементов и микросхем с повышенной степенью интеграции на многослойной печатной плате) не допускающей ремонта модулей МУРЗ. Вышедший из строя модуль МУРЗ, выполненный по такой технологии, можно только выбросить, заменив его новым. Именно такой подход рекламируется производителями МУРЗ как высокая ремонтопригодность их изделий. Но если учесть, что весь МУРЗ стоимостью 5 15 тыс. долларов состоит из 4 5 таких модулей (отдельных печатных плат), то становится понятным во что обойдется потребителю (то есть энергосистемам) такая «ремонтопригодность». По данным, приведенным в [7], уже сейчас надежной эксплуатации устройств РЗА «препятствуют невыполнение заявок служб РЗА на запчасти, существенный рост затрат на РЗ и проверочные устройства к ним в случае применения микропроцессорных устройств РЗА». И это при менее, чем 1% МУРЗ в релейной защите! Что же будет при возрастании процента МУРЗ в общем объеме реле защиты?
Рис. 1. Фрагмент панели дистанционной защиты ответственных линий 160 кВ, содержащей электромеханические реле типа LZ31 (вверху), включенные на параллельную работу с микропроцессорными защитами типа MiCOM P437 (внизу).
Следует подчеркнуть весьма важный момент: говоря о не микропроцессорных реле, мы подразумеваем не какие-то конкретные образцы реле, а общий принцип: не использование микропроцессоров и микросхемотехники в реле защиты. А говоря об электромеханических реле не сильно устаревшие и изношенные однофункциональные электромеханические реле Российского производства типа РТ-40 или РТ-80, а лучшие образцы реле ведущих западных фирм-производителей. Это очень важный момент во всех наших рассуждениях, поскольку во всех своих доводах апологеты МУРЗ используют в качестве базы для доказательства преимуществ МУРЗ именно эти типы электромеханических реле. Чтобы понять всю абсурдность такого сравнения достаточно вспомнить, что реле РТ-40 это легкая модификация реле ЭТ-520, разработанного в СССР более 50 лет тому назад. Его конструкция была «заимствована» российскими конструкторами с реле фирмы Сименс, которое производилось в 30-х годах прошлого века. А реле РТ-80 это практически точная копия реле типа RIK, выпускавшееся Шведской фирмой ASEA в тех же 30 годах. Чего же можно ожидать от конструкций, разработанных 80 лет тому назад и произведенных к тому же, советской не военной промышленностью из крайне не качественных материалов? Как вообще могла возникнуть мысль сравнивать эти достаточно примитивные устройства, с современными изделиями, произведенными с использованием новейших технологий? Во всяком случае, автору (в отличие от многочисленных оппонентов) такая мысль никогда не приходила в голову. По-видимому, проблема российских оппонентов, критикующих автора, заключается в их очень ограниченном знании электромеханических реле. По существу, ничего, кроме РТ-40 и РТ-80 им не известно. Когда же мы упоминаем электромеханические реле, то мы имеем ввиду лучшие образцы ведущих мировых компаний производителей, таких как: General Electric, ВВС, Siemens, которые он собственными руками проверял, настраивал и ремонтировал. Автор не сомневается в том, что если бы оппонентам удалось своими собственными руками «пощупать» такой, например, шедевр релестроения, как электромеханическое трехступенчатое реле дистанционной защиты LZ31 или аналогичные ему после 40 лет эксплуатации в морском субтропическом (то есть с воздействием солевого тумана) климате, то они, несомненно, изменили бы свое мнение об электромеханических реле. Кстати, еще во многих местах эти реле защищают многие ответственные линии напряжением 160 кВ, иногда и параллельно с микропроцессорными реле, рис. 1.
Прогресс в развитии электромеханических реле был полностью остановлен 30-35 лет тому назад в связи с тем, что все усилия разработчиков были направлены на создание электронных, а затем и микропроцессорных защит. И дело здесь вовсе не в каких-то принципиальных недостатках электромеханических реле и в их неспособности обеспечивать надежную защиту энергетических объектов, а совершенно в другом. Дело в том, что затраты на полностью роботизированное (вплоть до автоматического тестирования) производство МУРЗ из дешевых электронных комплектующих высокой степени интеграции не идет ни в какое сравнение с затратами на производство и ручную сборку из высокоточных механических элементов электромеханических реле, при том, что продажная стоимость МУРЗ остается очень высокой. Вот, например, Российская компания НЭК из Новосибирска (www.nec.mbit.ru) предлагает контрактную сборку печатных плат с использованием современной технологии поверхностного монтажа со скоростью монтажа 50.000 компонентов в час. Да, да 50 тысяч компонентов в час! Совершенно очевидно, что при наличии такого высокопроизводительного полностью автоматического оборудования производство печатных плат, из которых и состоит МУРЗ, приносит производителям баснословные прибыли по сравнению с производством механических реле. Именно в сфере производства, а не эксплуатации проявляется самое важное преимущество МУРЗ: сверхприбыль производителей. Апологеты скорейшего и повсеместно внедрения МУРЗ часто приводят такие доводы, в пользу последних, как отсутствовавшая у электромеханических реле возможность записи аварийных режимов, возможность обмена информацией между реле и т.п. Но, все это рекламные трюки, не имеющие ничего общего с действительность. Сегодня на рынке имеются сотни разновидностей микропроцессорных самописцев аварийных режимов, способных передавать данные по сети, которые регистрируют аварийные режимы значительно лучше и полнее, чем это делают МУРЗ; имеются развитые системы передачи информации такие, например, как SCADA, хорошо работающие уже многие годы с электромеханическими реле. В отличие от реле защиты, микропроцессорные самописцы аварийных режимов не способны повлиять на надежность электроснабжения и спровоцировать тяжелые аварии в сети при отказах в работе, поэтому широкое их использование можно только приветствовать.
В действительности, никаких новых функций в релейную защиту МУРЗ не привнесли, а параметры и возможности высококачественных электромеханических и полупроводниковых (то есть статических аналоговых устройств, выполненных на основе дискретных полупроводниковых элементов или с применением интегральных микросхем) полностью обеспечивают потребности релейной защиты. В релейной защите нет таких задач, которые нельзя было бы решить с помощью электромеханических или статических реле. Свидетельством этому является тот факт, что развитые электрические сети и системы существуют и успешно функционируют во всем мире уже более ста лет, тогда как микропроцессорные защиты появились в эксплуатации в сколько-нибудь заметном количестве всего каких-то 10-15 лет тому назад. При этом, с началом применения МУРЗ логика работы энергосистемы не изменилась, не увеличилось количество операций, выполняемых энергосистемой, не изменилось количество вырабатываемой электроэнергии, не изменились принципы передачи и распределения электроэнергии.
Одним из широко распространенных мифов [5], объясняющих неизбежность перехода на микропроцессорные защиты, является миф о том, что устройства защиты на электромеханических реле не позволяют обеспечить выполнение технических требований, предъявляемых к релейной защите и дальнейшее существование электроэнергетики уже просто не возможно без микропроцессорных устройств релейной защиты (МУРЗ).
Еще раз о надежности микропроцессорных устройств релейной защиты
В своих предыдущих публикациях мы уже неоднократно анализировали ситуацию, связанную с переходом от электромеханической к микропроцессорной релейной защите, рассматривали вопросы, связанные с перспективами и проблемами применения микропроцессорных устройств релейной защиты [1-4]. Весьма острая реакцией читателей, часто возникающая после публикации наших статей на эту тему, с одной стороны, и наши ответы на критику оппонентов с другой, показывают, что среди научно-технической общественности, связанной с этой темой, нет единого мнения о перспективах микропроцессорных защит, нет однозначного понимания того, что, как и любое другое сложное устройство, микропроцессорные защиты обладают не только очевидными преимуществами, но и недостатками. В связи с этим, мы посчитали возможным вновь вернуться к этой весьма актуальной теме и познакомить читателей журнала со своими новыми доводами и результатами исследования.
Еще раз о надежности микропроцессорных устройств релейной защиты. В.И. Гуревич
Микропроцессорная релейная защита
Надежность микропроцессорных устройств релейной защиты
Комментариев нет:
Отправить комментарий